现代化工

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时伟, 伍飞, 张珂, 赵晓丽, 张荣达, 张杨光

现代化工. 2024, 44(1): 1-7. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.001

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为推动中国氢能产业绿色化发展,研究如何促进可再生能源电解水制氢(绿氢)代替化石能源制氢具有重要现实意义。通过卫星遥感数据获取中国各个省份的可再生资源禀赋氢,并在考虑可再生能源波动情况下构建了可再生能源电解水制氢仿真模型,可以探究各个省份可再生能源电解水制氢成本。最终与当地煤制氢成本做比较,在考虑技术进步以及不同碳交易价格水平下分析了中国未来各个时间节点绿氢对灰氢的替代潜力,并给出我国未来应如何发展绿氢的建议。

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双碳目标下煤氢协同发展路径分析

李雷, 聂荟扬

现代化工. 2024, 44(1): 8-12,17. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.002

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通过分析煤炭产业与氢能产业协同发展的现实意义与发展现状,厘清二者的协同发展关系,探讨协同发展路径:以煤促氢,即通过示范与推广煤炭制氢结合CCS实现煤炭制氢的低碳发展;以氢促煤,即促进绿氢生产与煤化工的结合,以降低化工产品生产过程中的碳排放,提高产品的环保性能;探讨煤炭气化联合循环制氢技术、煤浆电解制氢技术、煤炭超临界水气化制氢技术以及地下煤炭气化制氢技术等其他有潜力的煤氢协同发展路径。最后提出了促进煤氢产业发展政策建议,以助力实现双碳目标。

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微塑料污染的成因、危害及其防治技术分析

周洁, 仲蕾, 赵松建, 蒋莉, 陈超越

现代化工. 2024, 44(1): 13-17. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.003

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微塑料污染已逐渐成为环境保护的热点问题之一。阐述了微塑料的污染现状,分析其可能的形成原因,剖析其对环境的影响,并解析微塑料对水环境、土壤环境和大气环境的影响以及对生物的危害,着重从物理法、化学法、生物法和其他新方法等方面介绍了微塑料的有效去除技术。目前对微塑料降解的研究大多集中在早期阶段,未来研究应进一步确定影响微塑料降解的关键参数和性能,促进微塑料污染去除技术的发展。

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水环境中性激素污染现状及其高级氧化控制技术研究进展

李晓瑞, 杨黎彬, 郝泽伟, 郑吉斯, 张亚雷, 周雪飞

现代化工. 2024, 44(1): 18-22. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.004

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系统性地梳理了水环境中性激素的主要来源、环境分布与潜在风险;详细评述了以羟基自由基为氧化物质的高级氧化过程的工作原理和应用优势;同时,综合考察了高级氧化过程及其复合技术在性激素去除方面的实际应用效果和未来发展方向,为性激素污染水体的高效治理提供理论参考。

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光学相干层析成像技术在膜污染研究中的应用

王燕翔, 李清雪, 吴其洋, 郑利兵, 魏源送

现代化工. 2024, 44(1): 23-28. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.005

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简述了光学相干层析成像技术(Optical coherence tomography,OCT)的成像原理和监测优势;由于可快速生成高分辨率的污染层二维和三维图像,可用于表征污染层形成过程、定量分析污染层、表征膜内部污染与润湿、耦合深度学习模型预测膜污染,促进对膜污染形成过程和机制的理解;总结了OCT在膜污染分析中的主要问题,并对未来的研究进行了展望。

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离子液体改性的金属有机框架材料催化CO₂与环氧化物环加成反应研究进展

孟令虎, 张耀远, 吴芹, 黎汉生

现代化工. 2024, 44(1): 29-33. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.006

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离子液体改性的金属有机框架材料(MOFs@IL)作为一种高活性、高稳定性、易分离的新型催化剂在CO₂环加成反应研究中逐渐吸引人们的注意。从催化机理、合成策略、性能表现3个方面介绍了MOFs@IL材料在CO₂捕获及转化为环状碳酸盐领域最新研究进展,并对未来发展方向进行总结和展望。

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工程纳米材料在含水层中的迁移沉积行为的研究现状与挑战

桑军强, 王宇轩, 任黎明, 秦冰, 高雨函

现代化工. 2024, 44(1): 34-38,43. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.007

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综述了工程纳米材料的迁移和沉积行为的研究现状,包括工程纳米材料特性和稳定性、迁移沉积理论和机制、环境因素对迁移沉积的影响。同时,探讨了如何提高工程纳米材料在含水层中迁移的措施。最后,指出未来工程纳米材料迁移沉积行为研究的方向与挑战,包括迁移模型、多尺度模拟与实验相结合、工程纳米材料全生命周期等研究,提高强化迁移手段的效率和可行性,为原位反应带修复技术提供实际应用的指导和参考。

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聚氨酯导电复合材料研究进展

莫涯, 岳萌, 吴万超, 胡传群

现代化工. 2024, 44(1): 39-43. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.008

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介绍了聚氨酯材料的导电机理以及金属材料、碳系材料、导电聚合物等导电材料对聚氨酯的改性研究现状;对所制备聚氨酯导电复合材料的导电性能进行了概述;并对聚氨酯导电复合材料的在3D打印、生物医药、传感器等领域的应用进行了综述和展望。

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高熵合金催化剂的制备方法及其应用

胡庆, 姚振华, 胡茂从, 孙玉澄

现代化工. 2024, 44(1): 44-47,53. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.009

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系统介绍了高熵合金的制备方法,包括脱合金法、机械合金法、热还原法及其他方法,评述了高熵合金催化剂在电催化析氢反应、析氧反应及氧还原反应中的应用,提出了目前面临的问题并进行了展望。

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有机废弃物厌氧发酵沼液脱氮技术研究进展

高培露, 史大林, 刘晨, 何永涛, 薛罡

现代化工. 2024, 44(1): 48-53. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.010

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总结分析了有机废弃物厌氧发酵沼液的来源及性质,综述了物化法和生物法沼液脱氮工艺的发展概况,重点分析了当前沼液脱氮的主流技术生物脱氮法,以期为沼液脱氮提供借鉴与参考。

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合成气定向转化制取液体燃料研究进展

何若南, 秦绍东, 李加波, 颜丙峰, 龙俊英, 段雪成

现代化工. 2024, 44(1): 54-58. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.011

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目前合成气主要经过费托合成与双功能催化2条路线合成液体燃料。针对费托合成路线,可通过调控催化剂晶粒尺寸、晶相结构、金属表面暴露位点等改变产物分布;双功能催化路线则在费托催化剂上引入酸催化功能或将C—O键高效活化与C—C键精准偶联结合,实现高选择性制备液体燃料。今后合成气的定向转化一方面可借鉴纳米合成领域新方法,使产物分布打破经典ASF限制,最大限度地提高目标产物选择性;另一方面可通过对两步反应的活性中心精细设计,实现对产物选择性的精确调控。

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生物质碳气凝胶的研究现状及发展趋势

张佳彬, 高丹丹, 张展硕

现代化工. 2024, 44(1): 59-62,67. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.012

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生物质碳气凝胶具有高孔隙率、大比表面积、突出的机械性能和非凡的导电性等优点,是全球绿色发展背景下的研究热点。对生物质碳气凝胶的发展历程、原料种类、制备过程、应用领域及未来发展前景等方面进行了综述。

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油水分离技术的研究进展

陈明功, 周鑫, 赵彬彬, 荣俊锋, 路延

现代化工. 2024, 44(1): 63-67. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.013

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综述了含油废水的定义、油的存在形态、油水分离技术以及吸油材料的研究进展。油水分离技术包括物理分离法、化学分离法、物理化学分离法以及组合工艺等。阐述了各种油水分离技术的基本原理、流程和特点,综合比较分析发现,应依据含油废水中油品的性质及存在形式选择合适的油水分离技术,并且兼顾经济效益。组合工艺是油水分离的发展趋势;高性能低成本油水分离材料以及油水分离设备的研发是未来油水分离技术发展的重点。

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富锂卤水制备电池级碳酸锂研究进展

曹靖, 朱瑞松, 李应文, 刘陶然, 胡雪生, 高飞

现代化工. 2024, 44(1): 68-73. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.014

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说明了当前电池级碳酸锂的技术标准,并详述了以卤水为锂源制备电池级碳酸锂的方法、现状和存在的问题,展望了电池级碳酸锂制备工艺的发展趋势。根据不同卤水资源的特点,采用多种除杂工艺联合过程强化耦合的方法,深度去除杂质离子和有机质,提高锂富集效率,控制碳酸锂生成的反应,最终形成制备高质量电池级碳酸锂的自主技术路径。

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高盐有机废水处理技术研究进展

周楠, 李亮, 马璐頔, 胡念, 邱远卓, 刘煦晴

现代化工. 2024, 44(1): 74-77. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.015

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综述了高盐有机废水现有处理技术的研究现状,重点介绍了高级氧化法、吸附法、电解法和萃取法等;膜处理技术与热法处理技术可对废水中的盐分进行脱除;指出新兴集成技术是未来处理高盐有机废水的发展趋势。

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甲醇液相重整制氢研究进展

廖逸飞, 商辉, 杨捷, 李军

现代化工. 2024, 44(1): 78-82. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.016

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围绕甲醇液相重整制氢技术展开,介绍了甲醇液相重整反应机理,对比了不同甲醇重整制氢技术,讨论了不同工艺下的适用场景。总结发现了工艺温度在250~350℃的水蒸汽重整技术更适合在分布式加氢站中采用,液相重整技术在氢燃料电池体系中更具应用潜力。针对液相重整技术低温、高选择性的工艺特点,对液相重整制氢使用的催化剂进行了综述和展望。

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棉短绒纤维素/聚丙烯酰胺复合水凝胶的合成及絮凝性能研究

杨宏声, 马雪, 丁成立, 朱筱, 胡灿明

现代化工. 2024, 44(1): 83-88. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.017

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以棉短绒(MCC)为原料、丙烯酰胺(Acrylamide,AM)为单体、过硫酸铵(Ammonium persulfate,APS)为引发剂、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(N,N'-Methylenebisacrylamide)为交联剂,采用水溶液聚合的方式共聚制备水凝胶绿色絮凝材料。考察了体系共聚时间、共聚温度、APS投加量和单体质量比对接枝率的影响。利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、扫描电镜(SEM)和Zeta电位等对所制备的材料进行表征,并考察其对高岭土模拟废水的絮凝效果。结果表明,当AM与MCC质量比为5∶1、引发剂投加质量为0.06 g、反应温度为50℃、反应时间为3 h时,可制得较高接枝率的产品,且其对pH为3、7、11高岭土悬浊液(300 mg/L)的浊度去除率分别达到98.6%、97.6%和98.3%,表现出良好的絮凝性能。

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梯度空心玻璃微珠诱导的分形自泵水凝胶的制备及其快速吸水性能研究

兰晋泽, 时连鑫, 肖五一, 张晓斌, 王雨哲, 王树涛

现代化工. 2024, 44(1): 89-93,100. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.018

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通过在水凝胶体系内引入梯度排布的空心玻璃微珠(hollow glass microsphere,HGM),制备了一种具有超高导水效率的分形自泵(fractal self-pumping,FS)水凝胶。在所制备的分形自泵空心玻璃微珠水凝胶(FS-HGM hydrogel)中,水凝胶骨架通过硅烷偶联剂将相邻空心玻璃微珠紧密结合固定,在玻璃微球间形成了逐级变小的亲水分形毛细微通道。结果表明,独特的分形毛细微通道极大地提高了水凝胶的导水性能,在动态接触角实验中表现出超过传统水凝胶约240倍的吸水速率,并且吸水效率随着FS-HGM水凝胶层的增厚有所提升。所制备的快速吸水分形凝胶通过高效移除过量渗出液,加速烫伤伤口愈合,为临床应用中输运生物流体开辟了新途径。

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镍纳米颗粒调控MOF基镍-氮碳催化剂高效电催化还原CO₂的研究

曹泽宇, 张心爱, 张博, 刘雪铃, 李劲超, 张亚萍

现代化工. 2024, 44(1): 94-100. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.019

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通过碳化负载镍络合物的沸石咪唑骨架(ZIF-8)合成了一种高性能镍-氮-碳催化剂(Ni-NC)。通过透射电镜、BET、X射线光电子能谱仪对材料的多孔结构及金属-氮的配位情况进行表征。结果表明,合成的Ni-NC催化剂表现出优异的CO₂ ER活性和选择性:在较低的过电位490 mV下达到92.6%的CO法拉第效率,并在-0.7 V达到最大值94.6%,电流密度为20.6 mA/cm²,性能优于未负载镍的氮掺杂多孔碳,表明镍纳米颗粒在催化反应过程中起着至关重要的作用。此外,在10 h的电解中,CO法拉第效率可保持在90%以上。合成的Ni-NC催化剂在电催化还原CO₂为CO方面具有广阔的应用前景。

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碱水电解析氢NiMoP/Cu阴极材料的制备与性能研究

罗啸扬, 王立达, 孙文, 刘贵昌

现代化工. 2024, 44(1): 101-105. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.020

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为研究高效经济的碱水电解析氢阴极材料,采用化学沉积、化学沉积后气相磷化和电化学沉积3种方式在紫铜片上制备不同的镍基三元非贵金属磷化物NiMoP,其中电沉积制得的NiMoP₃/Cu电极性能最佳,在1 mol/L KOH溶液、10 mA/cm²电流密度下,NiMoP₃/Cu电极进行析氢反应(HER)的过电位仅为-114 mV;在10 mA/cm²和100 mA/cm²下测定400 h,HER的过电位无明显变化。结果表明,镀层中Mo质量分数的提高增大了电极材料的电化学表面积,降低了电化学反应阻抗,增强了其电化学性能。该高活性、高稳定性、低成本的NiMoP/Cu析氢电极材料在工业碱性水电解制氢中具有很大的应用潜力。

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PtIr/CF双功能电极在氨水制氢中的电催化性能研究

王中华, 郑淞生, 周安游, 崔伟, 吴梦洁, 姚育栋, 王兆林

现代化工. 2024, 44(1): 106-113. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.021

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以碳纤维纸(Carbon Fiber,CF)为基底,通过可控电沉积制备了PtIr/CF双功能催化电极,并对其在氨水制氢中的电催化性能进行研究。结果表明,Pt、Ir均匀沉积在基底纤维骨架上,呈花簇状分布,表面形成的针形纳米枝晶为催化反应提供丰富的活性位点。当其用作氨氧化反应(Ammonia Oxidation Reaction,AOR)的阳极时,在1.5 mol/L KOH+1.5 mol/L NH₃的混合电解液中,PtIr/CF催化电极显示出0.39 V (vs.RHE)的AOR起始电位和134.4 mA/cm²的电流密度;而当其作为阴极用于析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)时,PtIr/CF催化电极在0.121 V (vs.RHE)的电压下实现了100 mA/cm²的析氢性能,并显示出优于Pt/CF电极的电催化性能和稳定性。

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纳米针状Li₂MnSiO₄正极材料的合成及电化学性能研究

李俊鹏, 黄妍青, 戴华平, 丁正平, 任玉荣

现代化工. 2024, 44(1): 114-119. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.022

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基于Li₂MnSiO₄结构锂离子迁移的各向异性特征,提出了一种调控材料晶面生长取向的水热合成方法,以提高材料的电化学性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等对产物进行表征。结果表明,产物呈纳米针状(长为200 nm,宽度为30 nm),具有特定晶面暴露的特征。其特殊的纳米结构展现出良好的电化学性能,在0.1 C倍率下,放电比容量达到217.3 mAh/g。

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双重改性三元正极材料及其性能研究

郭金梅, 朱华丽, 沈瑞, 朱敏丹, 卢朝操, 陈召勇

现代化工. 2024, 44(1): 120-125,132. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.023

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为提高三元正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)的可逆比容量和循环稳定性,通过表面包覆聚并苯(PAS)复合钾氯共掺杂对NCM523材料进行双重改性,利用XRD、SEM、TEM等分析方法和恒电流充放电性能测试,研究了不同PAS包覆量复合K、Cl共掺杂NCM523材料的结构、形貌和电化学性能。结果表明,2% PAS包覆复合1% K和Cl共掺的NCM523材料在0.1 C首次放电容量为209.5 mAh/g;1 C倍率下充放电循环100次后放电容量保持率比未改性的NCM523提高了19%;5 C倍率下的放电比容量为158.1 mAh/g,比未改性的NCM523提高了13%。

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钴掺杂氮化碳活化过单硫酸盐高效降解水中磺胺二甲基嘧啶的研究

张荣哲, 汪黎东

现代化工. 2024, 44(1): 126-132. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.024

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在花状球体氮化碳(FSCN)上掺杂钴金属制备出高效稳定的Co-FSCN催化剂。利用XRD、BET、SEM、XPS对催化剂进行表征,并探究不同条件对磺胺二甲基嘧啶(sulfamethazine,SMZ)降解效果的影响。结果表明,用Co-FSCN(0.1 g/L)活化过单硫酸盐(PMS)(0.163 mmol/L),在初始溶液pH 7的情况下2 min内对SMZ(20 mg/L)的降解率超过98%。自由基淬灭实验证明,Co-FSCN/PMS体系中自由基途径与非自由基途径共存,羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O^2-)与单线态氧(¹O₂)均是参与SMZ降解的主要活性物种。Co-FSCN循环使用3次后仍表现出良好的稳定性。

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用于碳烟燃烧的Ag(x)-Mn₁Co_2.3多孔纳米片催化剂的制备与性能研究

胡苗苗, 李苑君, 徐起翔, 李妍, 刘运权

现代化工. 2024, 44(1): 133-139. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.025

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采用等体积浸渍法制备了一系列Mn₁Co_2.3复合物负载不同质量分数Ag颗粒的催化剂,并用于碳烟颗粒的催化燃烧。结果表明,制得的Ag(10)-Mn₁Co_2.3在松散接触模式以及10% O₂/Ar+10% H₂O(g)+500 μL/L NO_x辅助气氛条件下表现出最佳的催化活性,其T₁₀、T₅₀和T₉₀分别为293、338℃和375℃。负载Ag不仅提高了催化剂的本征活性,而且Mn₁Co_2.3所具有的多孔纳米片形貌使该催化剂与反应物之间具有良好的固-固接触效率。

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FeCo/Hβ分子筛催化N₂O低温分解的性能研究

艾鑫, 宋永吉, 李翠清, 王虹, 王新承

现代化工. 2024, 44(1): 140-146. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.026

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以过渡金属、稀土金属、碱土金属、主族金属等为活性组分,REY、USY、ZSM-5、Hβ、4A、NaX、NaY以及SAPO-34等分子筛为载体,采用等体积浸渍法制备了负载型低温脱硝催化剂。通过XRD、BET、H₂-TPR等对催化剂理化性质进行表征,探究了其催化N₂O直接低温分解的性能。结果表明,负载Fe-Co双组分的Hβ分子筛催化性能最佳,相应负载量分别为12%和6%,最佳焙烧温度为430℃。Fe₁₂Co₆/Hβ具有较高的活性、热稳定性及良好的工业应用前景。

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吸附法处理含吡啶废水的试验研究

田晓春, 于慧强, 刘岩, 孙傲, 丁康乐

现代化工. 2024, 44(1): 147-152. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.027

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利用水热碳化技术制备了一种莲房基水热炭。通过产物表征、正交实验、吸附等温线、吸附动力学、再生实验等探讨了水热炭在含吡啶废水处理中的应用。结果表明,莲房水热炭具有不同尺寸的孔隙结构,其表面分布着较为丰富的含氧官能团;水热炭吸附吡啶过程中各因素影响顺序为:吡啶初始浓度>水热炭投加量>溶液pH>吸附时间;莲房水热炭对吡啶的吸附动力学符合准二级模型,在35℃与45℃时Freundlich模型可较好地描述吸附等温线规律;25℃时莲房水热炭对吡啶的最大吸附量为31.28 mg/g;磷酸溶液对莲房水热炭的再生效果优于NaOH溶液;莲房水热炭经6次再生后,对吡啶仍具较好的吸附能力。

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MOF衍生Co-C/FeO_x复合材料的制备及其催化CO₂还原性能探究

蔡静宇, 张春妮, 肖龙强, 赵玉来

现代化工. 2024, 44(1): 153-158. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.028

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以MOFs为模板,通过水热合成、高温煅烧制备得到Co-C/FeO_x复合材料,在300℃、0.2 MPa条件下探究了其对CO₂的催化还原性能。通过调控Co-C和FeO_x的质量比探究CO₂还原产物的分布,结果表明,当Co-C和FeO_x质量比为1∶4时,CO₂转化率为28.8%,C₂H₆和C₃H₈的选择性提高至28.6%。FeO_x的引入促进了中间体CO^*的生成,Co-C和FeO_x两者的结合使CO₂还原兼顾了CO₂转化率与C₂₊产物的选择性。该研究不仅为CO₂选择性还原为多碳产物提供了一种有效策略,还展示了以MOFs为前驱体合成的碳负载金属/金属氧化物复合材料在催化中的应用潜力。

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不同制备条件对合成绿铜锌矿的影响研究

邱诗铭, 蒙建成, 王胜杰, 黄莹莹, 黄智伟

现代化工. 2024, 44(1): 159-165. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.029

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采用共沉淀法制备绿铜锌矿晶体,考察了沉淀剂质量浓度、真空度、铜锌摩尔比和铜离子浓度对绿铜锌矿晶体合成的影响。利用化学吸附、BET、扫描电镜和XRD对晶体进行表征。结果表明,沉淀剂质量浓度、真空度和铜离子浓度对合成绿铜锌矿晶体的物相影响较小,铜锌摩尔比对物相的组成影响较大,制备得到的晶体主要为棒状或块状的孔雀石和针状的绿铜锌矿,所制备的晶体为介孔材料。

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三元涂层Ag-Ru-Mn/Ti阳极的制备及性能研究

黄庆兰, 潘春昊, 俞小花, 庄晓东, 谢刚

现代化工. 2024, 44(1): 166-170. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.030

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采用热分解法在350℃下制备了不同摩尔比的三元涂层Ag-Ru-Mn/Ti阳极,分析了Ag、Ru、Mn在不同摩尔比下钛阳极的电化学性能。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对钛阳极涂层进行表面形貌和物相分析,结果表明,Mn可以改善涂层的形貌结构。通过循环伏安测试(CV)、线性扫描(LSV)和强化电解寿命测试(ALT)探究了涂层钛阳极的电化学行为,结果表明,添加合适比例的Ag、Mn可以改善涂层的电催化性、导电性和耐腐蚀能力,当n(Ag)∶n(Ru)∶n(Mn)=49∶21∶9时钛阳极的析氧电位为0.720 6 V,当n(Ag)∶n(Ru)∶n(Mn)=49∶21∶9和n(Ag)∶n(Ru)∶n(Mn)=7∶3∶3时所制备的涂层钛阳极综合性能最好,使用寿命可达36.7 h和36.5 h。

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多级孔ZSM-5纳米晶团聚体分子筛的合成与优化研究

邹杨杨, 朱鹏, 吕晓欢, 聂海伟, 刘海鸥, 张雄福, 刘国东

现代化工. 2024, 44(1): 171-176. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.031

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采用纳米粒子自组装策略,选择传统微孔模板剂四丙基氢氧化铵(TPAOH)为单一模板剂和廉价的硅溶胶为硅源,合成了多级孔ZSM-5纳米晶团聚体分子筛。考察了硅铝摩尔比和体系Na⁺摩尔分数对纳米晶团聚体ZSM-5分子筛形貌的影响,并追踪了不同晶化时间下纳米晶团聚体的形成过程,最后利用XRD、SEM和氮气吸附/脱附等表征手段对所合成分子筛的性质进行分析。结果表明,低硅铝摩尔比有利于纳米晶团聚体分子筛的形成,同时合成体系中的Na⁺对团聚体的形成具有重要作用。经优化调控后,小试可合成固体收率达94.2%的ZSM-5纳米晶团聚体分子筛,经3 L合成釜进行40倍的放大合成可成功获得高结晶度、高产率的产品。

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二维材料复合质子膜的制备及其氕氚分离性能研究

周勋, 柳伟平, 丁文艺, 李桃生

现代化工. 2024, 44(1): 177-182. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.032

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采用溶液浇铸法分别制备了Graphene-Nafion和hBN-Nafion 2种二维纳米复合质子交换膜,利用XRD、ATR-FT-IR和SEM对复合膜的结构及微观形貌进行表征,并对复合膜的离子交换容量、质子电导率、机械性能和热稳定性进行测试,结果表明,Graphene和hBN纳米片均匀地分散于Nafion基体内部。相较于重铸Nafion膜(空白对照样品),复合膜的离子交换容量、质子电导率以及机械性能均有不同程度的提升,特别是在掺入质量分数为0.50%时,Graphene-Nafion和hBN-Nafion复合膜的质子传导性能约为重铸Nafion膜的1.25倍和1.14倍。通过对比Graphene-Nafion和hBN-Nafion 2种复合膜的氕氚分离性能发现,在初始氚水比活度为3.51×10⁷ Bq/L时,持续电解超过60 h,2种复合膜的氕氚分离系数分别为5.73和8.46,氚回收率分别为78.53%和85.35%,表明hBN-Nafion复合膜具有更好的氕氚分离性能。

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W-Ni₂P@NiFe LDH/NF的合成及其用于高效电催化析氧研究

刘文辉, 段永明, 王宏伟, 侯玉龙, 王琨, 刘登登

现代化工. 2024, 44(1): 183-187. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.033

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以NiFe LDH微米级小球为骨架支撑,原位生长W掺杂Ni₂P纳米片,形成了以NiFe LDH为核、W-Ni₂P为壳的独特纳米阵列,并通过SEM、XRD和电化学催化性能测试等手段对W-Ni₂P@NiFe LDH/NF的形貌、结构和电化学性能进行分析。结果表明,W-Ni₂P@NiFe LDH/NF独特的三维球状纳米结构加快了电荷转移速率,提供了丰富的活性位点,并在W-Ni₂P与NiFe LDH之间产生协同效应,提高了析氧反应的电催化性能和耐久性。与Ni₂P和NiFe LDH相比,球状结构W-Ni₂P@NiFe LDH/NF表现出优异的OER性能,在电流密度为40 mA/cm²时,过电势仅为251 mV;Tafel斜率仅为52 mV/dec;电化学阻抗最小;C_dl值为3.51 mF/cm²,且维持电流密度23 mA/cm²超过10 h无明显的下降趋势。

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新型球形高纯度介孔硅胶复合材料在茂金属聚乙烯催化剂中的应用

亢宇

现代化工. 2024, 44(1): 188-193. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.034

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以工业原料水玻璃和硫酸为主要原料,通过球磨打浆技术、高效节能环保除杂质技术和具有尾气回收系统的离心喷雾干燥技术制备出2种日产量12 000 kg的用于聚乙烯催化剂的载体高纯度球形介孔硅胶复合材料。2种复合材料在硅胶无序堆积孔中均拥有有序的介孔孔道且球体度均匀,二氧化硅纯度均在99.5%以上。新型材料在负载聚乙烯催化剂后仍然保持良好微观形貌及其特有的介孔材料孔道结构。高压乙烯聚合小试试验结果表明,2种催化剂对乙烯聚合的活性均高于工业用催化剂的活性,催化反应后得到的聚乙烯粉料的重要物性参数均优于工业用948硅胶粉料。

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溶剂热法制备磷酸锰锂的优化研究

刘靓, 李志义, 魏炜, 刘凤霞, 刘志军

现代化工. 2024, 44(1): 194-198. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.035

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橄榄石结构的磷酸锰锂(LiMnPO₄)具有比容量高、热稳定性好和原料来源广泛等特点,与同为橄榄石结构的磷酸铁锂相比具有更高的放电电压。采用溶剂热法制备了高性能的磷酸锰锂正极材料,通过对过程参数进行优化实现材料性能的提升,以柠檬酸为添加剂优化颗粒形貌得到纳米级颗粒,并对碳层包覆进行优化。结果表明,柠檬酸添加量为1 mmol时,椭球状颗粒平均尺寸为42.3 nm;当以蔗糖为碳源且与LiMnPO₄质量比为1∶2时得到的碳层包覆颗粒尺寸较小、碳层石墨化程度更高;在最优参数下制备的LiMnPO₄材料具有更高的首次放电容量(126.9 mAh/g)及更优的倍率性能。

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碳布负载PEDOT在SPE电解池中高效合成过氧化氢的研究

秦祺月, 王佳蓓, 彭创

现代化工. 2024, 44(1): 199-204. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.036

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为了实现高效、实际规模的H₂O₂电合成,催化材料和电化学反应器设计发挥着同样重要的作用。通过电沉积方式在碳布(Carbon Cloth,CC)上聚合导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)用于原位合成过氧化氢(H₂O₂),利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对电极形貌结构进行表征。将电极制作为膜电极组件(MEA)并应用于固体聚合物电解质(SPE)电解池,探究其合成H₂O₂的性能。结果表明,PEDOT/CC具有良好的催化氧还原合成H₂O₂的性能,并且在SPE电解池中表现出更短的极板距离、更高的H₂O₂产量(1 152.38 mg/L)以及更优的电流效率(89%)。

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P改性ZSM-5纳米片催化裂解丁烯的研究

张海涛, 孟祥智, 席志祥, 张安峰, 郭新闻

现代化工. 2024, 44(1): 205-209. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.037

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制备了一系列低P负载量的P/ZSM-5纳米片分子筛,通过X射线衍射仪、低温N₂吸附-脱附、NH₃-TPD、SEM等表征手段考察了P改性对纳米片分子筛晶型、孔结构、酸性质和形貌的影响,并将各催化剂用于催化正丁烯裂解反应。结果表明,由于P负载量较低,改性后的ZSM-5纳米片分子筛的比表面积、微孔孔容和形貌基本不变,而纳米片强酸位点的数量显著降低;P改性后可显著改善催化剂在正丁烯催化裂解中的稳定性和乙丙烯的选择性;与未改性的ZSM-5相比,当P负载量达0.45%时催化剂失活速率降低了1倍以上,且产物中乙烯、丙烯选择性可达58%左右。

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Cs/SiO₂催化合成MMA工艺及宏观动力学研究

贾鑫, 张伟, 王兴永, 张胜红, 傅送保, 姚志龙

现代化工. 2024, 44(1): 210-215,220. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.038

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采用浸渍法制备了不同Cs质量分数的Cs/SiO₂催化剂,并利用XRD、氮气物理吸附、CO₂-TPD和NH₃-TPD等技术对其进行表征。在固定床反应器中,优化了Cs/SiO₂催化丙酸甲酯与甲醛缩合制备甲基丙烯酸甲酯(MMA)的反应条件,并初步进行了动力学分析。结果表明,Cs质量分数为10%的Cs/SiO₂催化剂性能最优,在反应温度为370℃、反应空速为1.2 h^-1、酯醛摩尔比为1∶1的优化条件下,丙酸甲酯的转化率为46.3%,MMA的选择性接近100%。动力学分析显示丙酸甲酯与甲醛缩合制备MMA的表观活化能为39.1 kJ/mol,非常接近理论值。

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利用风电进行CO₂加氢制甲醇与天然气和煤路线对比的技术经济分析

刘健, 李英楠, 贾贺, 杨宇航, 王义松, 那洪明, 杜涛

现代化工. 2024, 44(1): 216-220. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.039

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将水电解、CO₂捕集、风力发电引入甲醇生产,在200 t/d的产能下,利用Aspen Plus对天然气重整、煤气化、CO₂直接加氢3种路线生产甲醇进行流程模拟,并依据模拟结果进行成本估算、碳排放分析和敏感性分析,分析引入电解水、CO₂捕集和风力发电的经济和环境效益。结果显示,在200 t/d的产能下,路线三(CO₂直接加氢)的成本高达9 944.1元/t,远高于路线一(天然气重整,2 595.2元/t)和路线二(煤气化,2 266.5元/t),但路线三每t甲醇生产可减少CO₂排放0.57 t,相比另外2种方式的高额碳排放(0.67 t CO₂/t MeOH和2.29 t CO₂/t MeOH)具有巨大的优势。当电解水成本下降和高额碳税存在时,路线三有望实现商业应用。

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干气中冷油闪蒸工艺模拟与多目标优化

贾继龙, 叶昊天, 韩志忠, 董宏光, 常文畅

现代化工. 2024, 44(1): 221-226. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.040

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针对干气提浓装置能耗较高的现状,对最新的中冷油闪蒸工艺进行了研究。采用Aspen Plus软件进行流程模拟,使用改进的遗传算法(NSGA-Ⅱ),以年总费用(TAC)、CO₂排放量(E_carbon)和碳二回收率(R_C₂)为目标函数,通过罚函数法转化为无约束问题,对中冷油闪蒸工艺进行多目标优化,获得了Pareto前沿。统计后发现,半贫液与贫液质量比的变异系数仅为2.37%,可以使用平均值1.95来代表。最后使用优劣解距离法(TOPSIS)选取最优点进行对比,优化结果显示,相比于浅冷油吸收工艺,中冷油闪蒸工艺的R_C₂上升3.09%,TAC下降43.75%,E_carbon减少41.77%。结果表明,中冷油闪蒸工艺在各方面性能均有大幅提升,且基于NSGA-Ⅱ算法的多目标优化方法能够发现更多的有益性结论。

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浆态床渣油加氢裂化石脑油加氢生产重整原料工艺研究

徐大海, 陈琳, 梁忻睿, 代萌, 牛世坤

现代化工. 2024, 44(1): 227-229. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.041

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分析了浆态床渣油加氢裂化石脑油馏分(以下简称浆态床石脑油)的主要性质,并开展了浆态床石脑油加氢生产重整原料的工艺试验研究。结果表明,浆态床石脑油可以在反应压力3.5~5.0 MPa、反应温度320~325℃、氢油体积比150、体积空速1.5~2.0 h^-1的工艺条件下,或在现有重整预加氢装置掺炼比不大于15%的情况下生产合格的重整装置进料,可以作为催化重整装置原料的补充来源之一。

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国内首套ORP除烯烃装置的工艺及应用研究

王鹏

现代化工. 2024, 44(1): 230-233. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.042

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美国UOP公司新研制的ORP除烯烃装置首次在中国石油广东石化公司260万t/a芳烃联合装置进行了工业应用。该装置用于脱除重整上游重整生成油中的烯烃,在45~110℃工作温度、2.1 MPa操作压力、5.0质量空速条件下,可满足下游吸附分离单元对进料中溴指数低于20×10^-6的进料要求。通过与传统的酸性白土吸附工艺的对比,分析其工艺、操作、参数和配备设施等情况,研究表明,该ORP除烯烃装置具有低生产成本、催化剂可在线再生、大幅降低固废产生、可根据不同生产状况及时进行调整等优点。

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高密度Au@Ag核壳纳米颗粒复合PA66纳米纤维的合成及对染料的SERS检测

蔡城, 刘锦程, 纪泼, 林永兴, 陈林

现代化工. 2024, 44(1): 234-238,242. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.043

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基于PA66片晶结构实现了银包金核壳纳米颗粒(Au@AgNPs)在PA66纳米纤维表面的原位高密度组装,系统探究了反应时间对复合纤维膜微观形貌的影响,并对复合纤维膜的SERS性能进行了研究。结果表明,复合纤维膜上组装的纳米颗粒粒径随反应时间增加而增大,复合纤维膜(反应时间为10 min)有着最高的SERS活性,对罗丹明6G(R6G)具有较高的检测灵敏性和信号再现性,同时,对染料分子罗丹明B、结晶紫(CV)和孔雀石绿(MG)均具有良好的检测灵敏性,检测限分别为10^-9、10^-10、10^-10 mol/L。

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基于全气化顶空气相色谱技术测定香精油中甲醇含量

刘学琰, 李欢, 朱洪悦, 于康, 罗迎春, 戴毅, 王浩

现代化工. 2024, 44(1): 239-242. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.044

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提出了一种全气化顶空气相色谱法测定香精油中甲醇含量的方法,并考察了时间、温度、样品量对测定结果的影响。结果表明,在105℃和2 min条件下,<80 μL的样品接近全气化。该方法具有良好的精密度(RSD<3.89%)和准确度(加标回收率在97.8%~101%之间)。与传统方法相比,本方法操作简单,可批量检测液体香精香料中残留的甲醇。

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尿酸在聚瓜氨酸修饰电极上的电化学测定

朱琪, 龙亚楠, 陈美凤, 吕惠萍, 马心英

现代化工. 2024, 44(1): 243-246. https://doi.org/10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2024.01.045

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采用循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)将瓜氨酸(citrulline,Cit)聚合在玻碳电极上,得到了聚瓜氨酸修饰电极(polycitrulline modified glassy carbon electrode,PCit/GCE),并对尿酸(uric acid,UA)在PCit/GCE上的电化学行为进行研究,发现UA在PCit/GCE上的氧化峰电流与裸玻碳电极相比明显增大,灵敏度明显提高。UA的氧化峰电流与其浓度呈正比,线性范围为2.0×10^-6~1.0×10^-4 mol/L,检出限为8.0×10^-7 mol/L。在测定实际样品的尿酸含量实验中,回收率为99.7%~104.1%,结果满意。

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2024年, 第44卷, 第1期　刊出日期：2024-01-20

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